$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Schleimhautinfektionen können aufgrund der Schädigung der Epithelbarriere, die Krankheitserregern den Zugang zur systemischen Umgebung ermöglicht, zu lebensbedrohlichen Blutbahninfektionen führen1,2. Darüber hinaus können Schleimhautinfektionen auch dann eine signifikante Immunpathologie verursachen, wenn sie extern eingedämmt werden3-5. Der kommensale einzellige Pilz Candida albicans kommt bei der Mehrzahl der Bevölkerung in der Mundhöhle und an anderen Schleimhautstellenvor 6-9. Obwohl sie normalerweise durch angeborene und adaptive Immunantworten eingedämmt werden, können angeborene Immundefekte und medizinische Eingriffe zu einer schweren mukosalen Candidiasis führen. Der Angriff auf die Epithelbarriere führt zu einem erhöhten Risiko für lebensbedrohliche disseminierte Erkrankungen sowie immunpathologische Erkrankungen, wie im Fall der vulvovaginalen Candidiasis, zusätzlich wurde die Besiedlung von C. albicans mit der Immunhomöostase der Lunge in Verbindung gebracht10,11. Die disseminierte Candidiasis ist heute die vierthäufigste Blutbahninfektion auf Intensivstationen12 und eine Sterblichkeit von bis zu 40 % macht sie zu einem großen Problem. Aufgrund der Zunahme immunmodulatorischer Behandlungen für Patienten mit Autoimmunerkrankungen, Krebs oder Organtransplantationen ist es unerlässlich, die Wechselwirkung zwischen diesem Erreger und dem Immunkompartiment der Schleimhaut zu verstehen.
Die meisten zellbiologischen Fortschritte in Bezug auf C. albicans-Zell-Interaktionen auf Schleimhautebene stammen aus in vitro13-15 und murinen Modellen16-18. Beide Ansätze haben deutliche Vorteile, aber die Möglichkeit, lebende Zellen in einem intakten Wirt mit hoher Auflösung abzubilden, hat die zeitliche und räumliche Charakterisierung der Infektion eingeschränkt. Für diese Studien besteht der Bedarf an einem in vivo Modell, in dem das Zusammenspiel von Krankheitserreger, angeborenen Immun- und Epithelzellen in einem intakten Wirbeltierwirt sichtbar gemacht werden kann.
Der Zebrafisch hat sich zu einem unschätzbaren Werkzeug für das Verständnis menschlicher Krankheiten entwickelt, hauptsächlich aufgrund seiner Transparenz und Zugänglichkeit für genetische Manipulationen. Die Zell- und Organentwicklung wurde bis ins kleinste Detail abgebildet, was zur Beschreibung neuartiger Verhaltensweisen von Immunzellen führte, wie z.B. das Verhalten von T-Zellen im sich entwickelnden Thymus19 oder der Kampf zwischen intrazellulären Mykobakterien und Fresszellen20-22. Neuere Arbeiten haben intestinale Mikroben-Wirt-Interaktionen im Zebrafisch beschrieben und gezeigt, dass die mikrobielle Besiedlung des Darmtrakts die Darmphysiologie des Wirts und die Resistenz gegen andere Infektionen beeinflusst23,24. Darüber hinaus wurde bei mehreren Erregern eine Infektion über das Darmepithel beschrieben.
Im Gegensatz zum Darmtrakt stellt die Schwimmblase ein isolierteres und komplementäreres Schleimhautmodell dar. Dieses Organ ist eine Verlängerung der sich entwickelnden Darmröhre und bildet sich anterior zur Leber und Bauchspeicheldrüse25,26. Es produziert Tensid, Schleim und antimikrobielle Peptide27,28 und sowohl anatomisch als auch ontogenetisch wird dieses Organ als Homolog der Säugetierlunge angesehen29,30. Da der pneumatische Gang beim Zebrafisch mit dem Darm verbunden bleibt, kann es auf natürliche Weise zu einer Tauchinfektion kommen. Bemerkenswert ist, dass die einzigen bekannten natürlich vorkommenden Infektionen von Fischen mit Candida-Arten C. albicans-Infektionen in der Schwimmblasesind 31. Wir haben kürzlich ein experimentelles Immersionsinfektionsmodell beschrieben, bei dem C. albicans die Schwimmblase infiziert, und festgestellt, dass diese Infektion einige der Kennzeichen der C. albicans-Epithel-Interaktion in vitro rekapituliert 32,33.
In der hier vorgestellten Methode wird das ursprüngliche Immersionsinfektionsmodell verbessert, indem C. albicans direkt in die Schwimmblase von Zebrafischen 4 Tage nach der Befruchtung (dpf) injiziert wird. Dies ermöglicht eine präzise zeitliche Kontrolle der Infektion sowie ein hochreproduzierbares Inokulum. Es ermöglicht eine detaillierte intravitale Bildgebung, gepaart mit der Vielseitigkeit des Zebrafischmodells. Als Beispiel dafür, was mit dieser Methode gemacht werden kann, stellen wir die räumlich-zeitliche Dynamik des Wachstums von C. albicans zusammen mit der Rekrutierung von Neutrophilen an den Infektionsort vor. Da es schwierig ist, das Schwimmblasengewebe von Zebrafischen intravital abzubilden, stellen wir auch eine schnelle Schwimmblasendissektionstechnik vor, die das Fluoreszenzsignal und die mikroskopische Auflösung verbessert. Diese Methoden erweitern den Werkzeugkasten für die Pilz-, Immun- und Aquakulturforschung und beschreiben einen neuartigen Infektionsweg, der auf die Modellierung anderer Pilz-, Bakterien- oder Virusinfektionen von Schleimhautoberflächen übertragen werden kann.